一种融合量子现象的意识世界图景

时间：2015-12-20 18:45:24 所属分类：中国哲学 浏览量:

量子力学与意识科学，虽然原来分属于物理学和认知科学两类不同的学科，但今天越来越多的物理学家和认知科学家认为，两者之间有着深刻而重要的内在关联；同时，也有越来越多的量子哲学家和心灵哲学家的联合研究工作正在产生。一种量子视域下的意识研究的新进路

量子力学与意识科学，虽然原来分属于物理学和认知科学两类不同的学科，但今天越来越多的物理学家和认知科学家认为，两者之间有着深刻而重要的内在关联；同时，也有越来越多的量子哲学家和心灵哲学家的联合研究工作正在产生。一种量子视域下的意识研究的新进路在分析性科学哲学界的产生并非偶然。一方面，自伽利略以来的近代科学发展史不仅是以物质科学为代表的自然科学发展史，同时，它还是一个对事物本性的普遍、明晰和可靠的科学研究逐步从简单向复杂发展的过程。在物质科学内部，宏观物的机械系统当然比微观粒子系统简单，但在整个世界中，最复杂的系统就是人脑，而人脑的最复杂运动是意识。因此，迄今物质世界最普遍、明晰和可靠的量子科学理论与迄今科学最复杂的研究对象大脑意识的结合，自然就成为前沿科学家们做出的尝试。另一方面，两者的融合更是现代分析性科学哲学自身逻辑发展的必然。量子力学（以及相对论）作为科学哲学诞生的两大直接思想来源（另一个是现代逻辑），对其哲学问题的探讨始终是分科的科学哲学和大部分一般科学哲学理论最主要的研究主题之一。　　现代分科的科学哲学经过以现代物理学哲学、现代信息科学哲学及现代生命科学哲学各为主要代表的几个阶段后，认知科学哲学已经成为二十一世纪之交最有活力的分科科学哲学。尤其是在现代分析性科学哲学中，意识科学与意识哲学之间的关系与任何其他科学及其哲学的关系相比都更加紧密，可以说没有一个意识科学问题不是意识哲学问题，同时也可以说没有一个意识哲学问题不是意识科学问题。因此量子力学哲学与意识科学哲学的结合可以看作是现代科学哲学历史与时代的统一。　　一、意识哲学研究需要借鉴量子实在　　物理主义是当代西方心灵哲学中的主流思想，在意识和大脑神经活动的关系问题上，大多数物理主义者持还原论的立场。例如以丘奇兰德夫妇（Paul & Patricia Churchland）为代表的取消主义认为，所谓的“心灵”“、意识”是类似于物理学中“以太”、“燃素”之类的错误概念，只有大脑神经活动才是真实的存在，所以，解决意识难题的方法就是把意识还原为大脑神经活动，彻底取消“意识”一词。形成这种心身观的主要依据是经典物理学认识论体系中的决定论、还原论等规律。然而，“思想是随时变化的东西，我们很难对它们进行内省。每一个思想似乎都是由几个部分通过某种关系而组合起来的整体。 因此，问题产生了：位于不同脑区的神经活动如何能够成为一个完整的心理实体的各组成部分？”　　决定论和还原论等经典物理学规律在说明大脑活动的动力学特征，例如意识的高度整合性（highlyintegrated）和高度分化性（highly differentiated）的形成机制问题上失效。神经科学的研究成果已经表明，意识是大脑内部广泛分布的神经元群相互聚合作用、动态组合变化的结果。一个完整意识场景的出现需要获得不同脑区的神经元进行同时放电的支持，大脑内部的某一个单一脑区或者某一个特定的神经类型不具备完全直接地控制或支持整体意识活动的能力。所以，经典物理学中的整体可以分解成部分的规律不能够解决意识高度整合性的形成机制问题，相邻要素之间才能产生因果作用的规律，也无法说明分布于不同脑区的神经元是基于怎样的动力学机制才形成富于变化的意识场景。对于和大脑神经元的物理和化学过程相关的意识科学问题，经典物理学更加难以涉及。　　意识科学描绘的是大量微小神经元运动的整体性突现效应，这种整体性突现效应集中表现为主体的主观感受。“在经典力学中没有任何支持‘感受’存在的逻辑上的依据。它是一个理性封闭的概念系统，它的规律只有在决定事物的位置和运动的时候起作用，这个系统只限于一个狭小的数学框架内，不涉及任何现象性的性质”。　　彭罗斯（R. Penrose）、斯塔普（H. P. Stapp）等物理学家认为，如果对意识问题的研究仍执着于经典物理学，把意识当做一种被神经活动所决定的副现象，试图用决定论和还原论等经典物理学的规律来说明意识与神经活动之间的关系并研究意识根本特征的形成机制，意识问题永远不可能得到解决。　　从而，必须在一个全新的认识论框架内，运用完全不同的规律来探讨意识和神经活动之间的关系。“量子力学能够为经验、心灵的统一性、自由选择和心灵怎样从物理状态中突现出来提供说明。”（[3], p.508）量子理论在意识哲学及科学研究中的运用，能够有助于我们重新审视意识与大脑神经活动之间的关系。　　具体地说，围绕量子与意识在基本概念上的相似性、量子理论和意识科学在描述事物层次上的互通性和构建一种融合了量子现象的意识“世界图景”三个方面，已经产生了一系列的研究成果。　　二、量子与意识在概念上的相似性　　把量子力学和意识研究结合起来的构想产生于20世纪初，相关研究者试图用量子随机性来调解自由意志与经典物理学中的决定论之间的矛盾，以达到为自由意志辩护的目的。这一构想受到普朗克、玻尔、薛定谔等早期量子力学研究者的支持，此后，人们对意识和量子力学之间关系的研究兴趣日益增强。20世纪30年代，冯·诺依曼（J. von Neumann）首次把量子力学中的相关理论用来描述神经生理学过程，“冯·诺依曼、维纳（N. Wiener）和霍尔丹（J. B. S. Haldane）指出，自然的量子力学方面似乎是为了将意识重新纳入我们现有的物质概念而为意识量身订做的。”　　量子力学的成功之处在于，“它以独特的形式体系与算法规则，对原子物理学、化学、固体物理学、生物学甚至神经科学等学科中的许多物理效应和物理现象作出了说明与预言，已经成为科学家认识与讨论微观现象的一种普遍有效的概念与语言工具，更是日新月异的信息技术革命的理论基础。”（[4], p.18）在基本概念方面，量子与意识具有十分相似的特性。例如意识的高度整合性与高度分化性同量子关联的非定域性相似；意识活动的不确定性与量子的非经典不确定性相似。围绕两者在概念上的相似性，相应地产生了一系列用类比的方法来解释意识特征的研究成果。　　量子理论主张，“全同粒子的关联明显具有非定域性的特征。对整个系统中的一个粒子（部分系统）的测量，必然会扰动整个系统的状态。”（[5], p.116）这一观点同意识的高度分化性具有相似的特征，意识的高度分化性指的是意识场景在内容上的动态变化性，意识场景之所以变化的原因在于随时受到大脑内外部的刺激，在刺激的作用下，不仅相应的意识场景会发生变化，这种变化还会同时影响整个大脑系统的状态。　　英国南安普顿大学进行的脑电图EEG（Electro Encephalo Gram）实验已证实，思维过程本质上是量子化的。思维过程与量子过程的变化极其相似。例如，当个体在回忆一段曾经写过的文字时，许多与当时场景相关的模糊要素都处在一个潜在变动的状态，当个体把注意力集中指向到其中一个记忆片段，例如当时的场景上，准备仔细回想和再现当时场景下写过的文字时，会发现对回忆的把握会变得不如集中注意力之前那样清晰和完整，甚至试图回忆起来的思路被突如其来产生的其他思路所取代，原先的思路被打乱而发生整体性的改变。回忆片段的思维过程表现出意识内容具有高度分化性的特点。而海森堡于1927年提出的“测不准原理”（uncertainty principle），则在微观物理层次上对意识的高度分化性提供了一种类比式的说明。“测不准原理”表明，一个微观粒子的物理量，如位置和动量、时间与能量等不可能同时具有确定的数值，如果在一对物理量中，其中一个量的值越确定，那么另一个量的值就越难以确定。对电子的测量结果显示，被测量后的结果与测量前的结果不同，被关注的思路在关注活动发生后也与关注前的思路不同，于是导致整体回忆思路的中断和回忆场景的改变。被注意力关注的思路就类似于电子二象性中的粒子性而具有“位置”，在集中注意力之前的潜伏性整体思路，就像电子二象性中的波而具有“动量”。被注意力关注的思路和注意力关注前的潜伏性整体思路两者在思维过程中总是不能被同时清晰完整的确定，前者越清晰，则后者就越模糊，并由此带来整体回忆场景的改变。　　意识活动的非严格决定性突出表现在灵感、顿悟这类现象上，尽管科学家目前已经能够利用EEG（脑电图）、MRI（核磁共振成像）等技术对神经活动进行探测，但是科学界仍未提出可行的实验来对这类在发生过程和内容上都具有不确定性的心理活动的发生原因进行系统化的实证研究。意识活动的非严格决定性与量子的非严格决定性之间的相似性体现在，这种非严格决定性是意识和量子本身具有的特点，它们本身是因果不确定的，而非源于我们认识能力上的不足。　　此外，运用量子和意识概念上的相似性来解释意识的方法还有，把有意识的活动与同测量相关的物理活动之间做相似性类比、把心理系统中的多种相互关系与物理纠缠做相似性类比等等。　　三、量子力学与意识科学在描述层次上的互通性　　在量子理论和意识科学所描述的事物层次上，二者也具有明显的互通性。这种互通性表现在：作为严密基础科学理论代表的量子理论描述的是微观物理层次的大量客体运动的统计效应，它包含了对数学空间中的微观粒子和四维空间中的量子现象两个层次的描述“；在量子力学的概念思维方式中，微观粒子（即自在实在）作为抽象的数学空间里的存在者，相当于康德的‘物自体’，只是作为感知世界的基础而存在，而不是作为直接的认知对象而存在；量子现象（即对象性实在）作为一种共生的测量结果，等同于经验实在，是多维空间中的存在物向四维空间的投影，它既包括有微观粒子的信息，也包括投影过程中生成的信息。”（[4], p.22）而意识科学所描述的是大量微小神经元运动的整体突现效应，它包含了对微小神经元活动和神经元的整体突现效应两个层次的描述。神经元的整体突现效应表现为主观体验，对此神经科学家杰拉尔德·埃德尔曼（G. M. Edelman）做出了说明，他把意识的主观体验称为C，把与之对应的神经过程称作C′，“现象性的转换 C 是从第一人称的基础上表达神经过程 C′整体状态的最好的方法，再没有其它的方式能直接经验到这些神经事件。”（[6], p.86）量子理论的基础层次（即微观粒子或自在存在）和现象层次（即经验存在）与意识科学中的基础层次（大脑微小神经元活动及过程）和现象层次（表现为主观体验的整体突现效应）在形式和内容上具有互通性。“量子物理学是围绕‘事件’而建立起来的理论，这些‘事件’包含物理的和现象的两个方面。”可以说，量子理论和意识科学能够进行互通性研究，其中一个重要原因就是，两者在对量子和意识的完整科学描述问题上均包含了基础层次和现象层次两个方面。在科学说明的层次上，关于量子理论和意识科学的互通性研究始于20世纪30年代。这一互通性研究方式是，运用量子理论的相关科学概念和方法来说明某些大脑神经生理活动和过程。该研究方式最初由冯·诺依曼提出，后来又经维格纳（E. P. Wigner）、斯塔普等继承，并逐步向精细化和复杂化的方向发展。冯·诺依曼在《量子理论的数学基础》一书中提出，意识是大脑内部量子行为的结果。斯塔普认为：“意识是一种对神经反射的直接认识，这种神经反射是由已知的大脑中的量子事件突然实现的。”　　支持用量子理论来研究意识的量子力学哲学家和心灵哲学家普遍认为，意识是一种发生在大脑微观世界中的特殊的量子力学现象。量子理论能够为意识的高度整合性提供一套在特征和形成机制上超出经典物理学范围的科学说明。　　意识的高度整合性是指，意识场景在形式上是一个统一的整体，它不能够被分割成各个组成部分。例如，我在观察我现在的意识状态时，意识场景的内容包括：眼睛注视到的电脑屏幕的明暗程度，楼道传来的说话声，我敲击键盘的声响，以及我坐在椅子上背部的酸痛感，这些不同的状态构成了一个统一的意识场景呈现在大脑之中，我无法把这个整体的意识场景切割成单个的片段。一个完整意识场景的形成是位于不同脑区的神经元同时激活，并在功能上聚合成整体的结果。这类神经元的聚合活动表现出一种微观层次上的相对可分离的整体性。在量子理论中，全同粒子的聚合也表现出与之相似的特征，“全同粒子的聚合显示了相对可分离的整体性。可分离性是指相关联的整体仍是由两个粒子所组成（说两个粒子‘全同’仍以承认二者是两个个体为前提），它们之间有非1概率的关联；整体性是指它们之间具有非1/2概率的关联”。（[5], p.116）在基础层次上，量子力学所揭示的相对可分离的整体性与意识的高度整合性之间具有明显的相似性和互通性。　　玻色—爱因斯坦凝聚态（Bose-Einstein condensation）能够用来说明意识高度整合性的形成机制。因为，“大脑过程包含了化学过程，因此，必须在原则上用量子力学的方式来思考大脑过程。”（[8], p.44）玻色—爱因斯坦凝聚态是指，一类活动水平不同的原子，在温度达到极低的水平时，会突然凝聚在一起产生一种具有相同活动水平的全新物质状态，新形成的物质态中的原子活动在任何时候和任何容器中都具有统一的整体协调性，凝聚之前的原子活动水平差异性消失。这是一种典型的量子特征，并且，这种整体协调性也被看作是在传统神经科学中的意识关联物。神经科学研究发现，生物组织的细胞壁中包含了无数个电极化的蛋白质和脂肪分子，当这些细胞处于静止状态时，这些蛋白质和脂肪分子以杂乱无章的方式排列，并且具有个体差异性，一旦它们受到外界的刺激，细胞的能量达到某个临界水平时，所有细胞壁分子就会在突然间发生一致地激活。这种神经元的激活能够扩展到整个大脑的不同脑区，并产生一个具有整体一致性的量子电场，这个量子电场就是玻色-爱因斯坦凝聚态。虽然凝聚后的原子活动水平表现出整体一致性，但是它们仍然具有例示自身差异性的能力，具有非完全的个体性特征。　　四、一种融合量子现象的意识世界图景　　经典物理学试图通过还原的方法把意识还原为物质，以达到取消意识问题和保持自身体系完整性的目的。然而，“量子理论的概念框架完全不同于经典物理学，在量子理论中，心灵和物质被看作是从属于一个整体自然的两个组成部分。实际上，量子理论所带来的基本改变是，一个在结构上处在心灵之外的物理世界向进入心灵内部的物理世界的转变。”（[8], p.85）量子理论在意识研究中的引入和运用，为研究意识和物质的关系提供了一个全新的视角。这一视角把意识和物质看作是一个更为根本的“实在”的两面，在一个一般化理论的基础上形成一种融合量子现象的意识世界图景。　　以玻姆等人为代表的“新实在论”研究者认为，意识和物质并不是世界上最基础的实在，它们应该被当作是一个更基础的实在的两面。量子力学和相对论是两个相互矛盾的理论，这一矛盾之下还存在着一个比量子力学和相对论更为根本的层次，这一层次能够从我们经验到的世界的显序（explicate order）中产生出来，它还具有实在性、整体性、连续性等特点，能够将量子力学和相对论的矛盾包括其中，表征一个不可分割的全体和一个根本的隐序（implicate order）。从而，物质和意识就是从隐序的基本实在中投射到显序中的投射物。“新实在论”的观点在20世纪成为了一种十分具有吸引力的观点，它受到玻尔、泡利（W. Pauli）、玻姆、普利马斯（H. Primas）等人的支持。　　当今最着名的倡导用量子理论研究意识的科学家是斯塔普，他的意识理论建立在过程本体论的基础之上，明显受到怀特海过程哲学的影响。斯塔普认为，首先，物质或者心灵都不是实在的根本元素，作为过程集合的现实场合（actual occasion）才具有根本性。他把现实场合的根本过程本性和状态还原的物理活动同相关的心理意向性活动联系起来。其次，人类有意识的心理意向能够影响大脑的神经活动。他把心理的和物理的特征在现实场合中联系起来，肯定意识的能动作用，提出用心物关联的约束集合（constraintset）来取代心物直接互动的思想。斯塔普认为，意识的现象性特征是存在的，即使它的存在只能通过个体感知到，但是这种日常直觉的认定就是意识存在的依据，即使它很模糊。他反对用还原的方法来研究意识，更反对把意识的现象性特征还原为大脑内部的神经活动。斯塔普在不改变量子理论的形式下，为心理的领域和作为物质理论的量子理论提出了一个更广泛的本体论基础。　　以上研究表明，一种融合了量子实在的意识世界图景正在被建构。玻姆和斯塔普等人的观点的共同特征是，在量子科学的理论框架之内保留意识相对于物质而言的独立性，但同时又力图使两者具有共同的科学基础，并相互融合于一个更加根本的实在之中。量子力学中只有态函数具有直接的因果关系可遵循，除此之外的量子现象则具有非常规因果关联性。非常规因果关联是说，两个对象只是一种纯关联的关系，不具有任何相互作用的因果特征。“全同粒子的关联是不依赖于任何相互作用的非因果关联，甚至它也不能以现有形式作机遇、巧合、同格、预定和谐和逻辑同一的解释。”（[5], p.116）量子力学所揭示的非常规因果关联性在一定程度上表明，意识和物质（在神经科学语境中我们把它理解为神经元活动）之间的相关可以是同时性并且非因果性的。神经科学的研究指出，神经元活动与意识之间具有非常规因果关联，神经元活动不是促使意识活动发生的原因，意识也不是神经元活动的结果，两者的产生没有时间上的先后。　　意识作为微小神经元活动的整体突现效应，与神经元活动同时发生，两者之间是一种互相关联、同时发生的非因果关系。例如，埃德尔曼认为，就日常直觉而言，意识是一种主观经验，而从神经科学的微观层次看，意识是微小神经元活动的整体突现效应，是神经元活动在整体现象层次上的一种“表达”，神经元活动与意识不是因果关系，而是同时发生的“蕴含关系”（entailment）。“我们的论点是，神经活动蕴含了主观现象性的转换。神经活动不是现象性转换的原因，主观现象性转换只是与神经活动同时产生的一种属性。”（[6], p.78）量子力学所揭示的非常规因果关联性在神经科学中的运用，为建构一种融合量子实在的意识世界图景提供了科学依据，这很可能是未来意识科学哲学研究深入化和系统化的契机。　　当代认知科学在可预见的将来并不能穷尽意识哲学的所有问题，量子理论是否能够适用于当代意识科学的一切领域同样令人怀疑，毕竟，量子力学本质上仅是一种物质科学理论，而意识并非一定是物质的随附。从逻辑角度看，关于“量子实在”的陈述是一种概率性的实然陈述，而关于“自由意志”等意识问题的陈述包含应然陈述；从数理科学角度看，二者都具有非决定论的特点，量子力学虽然不能完全精确预计每次测量的结果，但可以预计测量结果的概率分布这一点是确定无疑的，而至今仍没有任何证据表明“意向”具有遵从某种概率约束的自由度。尽管如此，量子与意识在概念上的相似性、量子力学与意识科学在描述层次上的互通性以及一种融合了量子现象的意识世界图景的建构，在一定程度上突破了长期以来用经典物理学规律来解决意识问题所遭遇到的瓶颈，为意识研究开辟了一条全新的研究进路，是意识科学哲学研究的重大进步。　　总之，笔者坚持“M in，M out”原则，即并不相信一种新科学的诞生能够证伪某个流传广久的形而上学原则，但相信能够使得这些原则更清晰。对于意识问题，量子力学无疑有助于澄清意识产生的物理机制以及它如何产生的物理效应。但对于量子力学内在的不确定性是否就可以完全解释“自由意志”，还是应该保持谨慎的态度。　　[参 考 文 献]　　[1]Stapp, H. 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